Análisis cuantitativo en química: mediciones, preparación
El análisis cuantitativo en química, como en cualquier otra disciplina, consiste en esencia de determinar las cantidades de una sustancia específica. Estos análisis responden a la pregunta ‘¿cuánto hay?’ de una sustancia en distintas muestras; de suelo, mares, ríos, gaseosas, líquidos, extractos vegetales, animales, sólidos, cristales, entre muchas más.
La pregunta ‘¿cuánto hay?’ se ha venido formulando desde que el hombre concibió el interés de, por ejemplo, extraer minerales y piedras preciosas, aceites, especias, con el firme propósito de comercializarlas. Hoy en día el dinero continúa siendo una de las principales razones por las que se cuantifica una sustancia o analito.
Un mineral puede ser más rico en oro que en otro. Para saberlo, es necesario determinar la composición centesimal de los dos minerales, y aquella que posea el porcentaje más alto de oro, será una fuente más atractiva para extraer el codiciado metal. Lo mismo sucede con metales extraños o radiactivos.
Las técnicas para cuantificar y en las que se basan los análisis cuantitativos son muy diversas y variadas. Cada una implica una especialización aparte, así como sus profundas bases teóricas. No obstante, siempre el punto al que todas convergen es el de responder la misma pregunta ya citada; pregunta que habla de calidad, pureza, rendimiento, fiabilidad, etc.
Índice del artículo
- 1 Mediciones
- 2 Preparación de estándares o patrones
- 3 Recolección y tratamiento
- 4 Ejemplos
- 5 Referencias
Para cuantificar cualquier sustancia o material es indispensable poder medir alguna de sus propiedades físicas o químicas. La propiedad seleccionada dependerá de la sustancia y la técnica empleada. Una pista útil para reconocer que una técnica de análisis puede cuantificar es que lleva al final de su nombre el sufijo –metría.
Por ejemplo, las dos técnicas de medición clásicas en química analítica son la gravimetría (medición de masas), y la volumetría (medición de volúmenes).
Se consideran clásicas porque en principio no necesitan de instrumentos demasiados sofisticados ni el empleo de radiación electromagnética; sino balanzas analíticas, morteros, crisoles y materiales de vidrio.
En la gravimetría casi siempre busca obtenerse un precipitado después de una serie de pasos metodológicos, al cual se le determina la masa.
Por ejemplo, una técnica para cuantificar los iones cloruros de una muestra consiste en precipitarlos como cloruro de plata, AgCl; un precipitado blanco lechoso el cual puede pesarse.
Otro ejemplo sencillo consta de determinar el contenido de humedad de un cuerpo, material o sólido.
Para ello, se pesa primero la masa del sólido antes de introducirlo a una estufa a 100ºC aproximadamente, por el tiempo suficiente para que el agua se vaporice. Después, se vuelve a pesar y la diferencia entre la masa final de la inicial es igual a la masa de agua que se ha vaporizado; es decir, su contenido de humedad, % H2O.
Si a las sandías se les realizara este análisis, no sería de extrañarse que su % H2O fuera demasiado elevado (~95%); mientras que para los llamados frutos secos, cabe esperarse que contengan poca agua (% H2O 10%), característica a la cual se les adjudica ese nombre.
Por otro lado, en la volumetría se trabaja con volúmenes de los cuales, tras aplicárseles titulaciones, se extrae la concentración de la especie disuelta de interés. Por ejemplo, un analito cuyo color es sensible a una reacción específica puede determinarse mediante titulaciones colorimétricas.
Asimismo, el índice de acidez (IA) de los aceites (comestibles o no), puede determinar por titulaciones ácido-base, empleando una solución de una base fuerte estandarizada (de ordinario, KOH o NaOH). Con los valores de IA, además de otros parámetros, puede caracterizarse y clasificarse distintos tipos de aceites en función de sus fuentes y otras variables.
Siempre estas mediciones analíticas arrojan un resultado acompañado de una unidad física (y de sus errores experimentales). ¿Cuál es la concentración? ¿Qué tan pura es la muestra? ¿La cantidad determinada representa un riesgo para la salud? ¿Cuál fue el rendimiento de la reacción?
Estas y más preguntas son respondidas luego de las mediciones y el procesamiento de los datos.
“Con la misma vara que midas tus patrones, medirás tus muestras”. Y esta hipotética vara tendrá divisiones y subdivisiones, cada una con distintas magnitudes de la propiedad del analito que se correlaciona con su concentración. Dichas magnitudes o valores finalmente se comparan con las obtenidas al medir la propiedad del analito.
Para esto, se debe construir siempre una curva de calibración a partir de una selección de patrones o estándar cuyas concentraciones se conozcan previamente.
¿Y cómo conocerlas con anterioridad? Porque se tratan de variables independientes: el analista decide, en función del tipo de muestra o análisis, cuánto de patrón pesará.
Un ejemplo hipotético podría enmarcarse en el estudio del contenido de azúcares o carbohidratos totales de numerosas familias de setas. El patrón, conformado por los azúcares previamente detectados gracias a análisis cualitativos de las setas, idealmente debe mimetizar a la perfección la matriz orgánica de las muestras.
Entonces, preparado los patrones reaccionan ocasionando un cambio de color. Si se mide su intensidad por espectroscopia UV-vis, esta puede compararse con las intensidades de los colores emitidos por los azúcares de las muestras; y así, a través de un despeje matemático, determinar el contenido de los azúcares totales.
Una vez hecho esto, se puede construir una curva de calibración a partir de las muestras, de tal manera que a otras setas (de la misma región o país), se les pueda determinar sus azúcares directamente sin preparar otros patrones.
En los análisis cuantitativos hay muchas variables que deben tratarse rigurosamente dependiendo del tipo de estudio. A menudo, no basta con ir por allí recolectando muestras a diestra y siniestra; ¿dónde se recolecta?, ¿es significativa?, ¿qué cantidades?, ¿cuál será el pretratamiento y los demás procedimientos?
En el ejemplo de las setas hay que conocer a cuáles familias se les determinarán los azúcares, en qué plantaciones o procedencia natural se recolectarán, en qué época del año, las características orográficas, etc. Recolectadas las setas (aceites, granos, tintas, meteoritos, sustancias biológicas), ¿qué hacer con ellas antes del análisis cuantitativo?
Casi siempre, un análisis cuantitativo es precedido por un análisis cualitativo; identificar qué compuestos poseen las muestras, en especial si se trabaja con ellas por vez primera.
Algunos tratamientos pueden ser meramente físicos: como la molienda de una masa vegetal, o la digestión ácida de un mineral. Otros en cambio son químicos: una reacción de esterificación, hidrólisis ácida o básica, sustitución, aminación, etc., para producir así una especie capaz de cuantificarse con mayor facilidad mediante la técnica seleccionada.
Se mencionarán para finalizar algunos ejemplos cotidianos de análisis cuantitativo en química:
-Determinación del grado alcohólico de cervezas, vinos, y bebidas artesanales.
-A partir de la orina de un paciente puede conocerse si hay un incremento o disminución de la concentración de uno o más componentes, lo cual se relaciona con la detección de una enfermedad. Asimismo, si una droga es excretada por la orina, se puede determinar cuánta de la primera fue “asimilada” por el organismo.
-Determinación de la composición centesimal de muestras de minerales, terrestres o extraterrestres.
-Dadas unas muestras de crudo, se les determina la proporción H/C para comparar los grados de aromaticidad de crudos de distintas procedencias. Los crudos pesados se caracterizan por tener un H/C menor a 1; mientras más ligero sea, H/C tendrá un valor más por encima de 1.
-Determinación de la composición nutricional de alimentos y productos comestibles.
-Estudios de la estabilidad de medicamentos como parte de los análisis de calidad pertinentes para su comercialización y almacenamiento.
-Seguimiento del grado de contaminación causado por sustancias en muestras de agua provenientes de ríos, arroyos, lagunas o mares. Asimismo, a las emanaciones gaseosas de las fábricas se les determina su composición para evitar que desalojen grandes cantidades de gases nocivos para el medio ambiente.
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